沈瓊霞，陳曉英，朱仙弟

（臺州學(xué)院 醫(yī)藥化工與材料工程學(xué)院，浙江 臺州 318000）

隨著社會分工不斷細化，科學(xué)技術(shù)大幅進步，生產(chǎn)力快速發(fā)展，社會需要大量的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。在我國高等教育大眾化深入發(fā)展的形勢下，許多地方本科院校為了適應(yīng)社會、行業(yè)發(fā)展的需求，把培養(yǎng)應(yīng)用型人才作為高等教育目標(biāo)［1］。

應(yīng)用型人才的定位主要在于知識應(yīng)用和技術(shù)創(chuàng)新，緊密聯(lián)系工程和社會實際，解決生產(chǎn)、管理、服務(wù)第一線中的實際問題［2-3］，即具有較強的實踐能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，這些能力的培養(yǎng)需要加大實踐教學(xué)的容量和強度。因此，應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案的突出之處是壓縮理論課時，加大實踐環(huán)節(jié)課時。對于增加的實踐課時，我院的做法是在集中性實驗教學(xué)環(huán)節(jié)每學(xué)期增開1～2個專業(yè)核心課程的設(shè)計性實驗項目。在實施過程中，發(fā)現(xiàn)只有少數(shù)教師能按要求完成，大部分教師選用相互獨立的若干個驗證性或綜合性實驗項目，采用常規(guī)傳授知識與技能的教學(xué)方法，這種做法嚴重偏離了開設(shè)集中性實驗的初衷。究其主要原因，一方面是該課程沒有合適的設(shè)計性實驗項目；另一方面是有現(xiàn)成的設(shè)計性實驗項目，但開設(shè)的條件不具備。另外，對于設(shè)計性實驗很多教師存在認識誤區(qū)，認為設(shè)計性實驗是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力，不僅需要有復(fù)雜的項目、高級的設(shè)備，還需要有與眾不同的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明。筆者認為，只要在實驗方案的設(shè)計、實驗儀器的選用、實驗方法的改進和實驗條件的控制等方面有創(chuàng)新元素，實驗實施過程中有新問題、新結(jié)論等待學(xué)生去解決、去發(fā)現(xiàn)，即便是最常見最簡單的實驗，也對培養(yǎng)應(yīng)用型人才大有裨益。

合適的設(shè)計性項目是集中性實驗中落實應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要組成部分。雖然眾多教材與部分高校中有現(xiàn)成的設(shè)計性項目，但這些項目都是基于各自高校的學(xué)生能力、設(shè)備條件、教師科研等因素來設(shè)計。由于各高校之間條件不同，因此無法照搬照用。本文以基礎(chǔ)化學(xué)課程為例，對設(shè)計性實驗項目的建設(shè)、實施、成績評價與效果等環(huán)節(jié)進行探索與實踐。

1 設(shè)計性實驗項目建設(shè)

1.1 項目建設(shè)要求

由于基礎(chǔ)化學(xué)是在大一、大二年級開課，為了讓低年級的學(xué)生能夠根據(jù)任務(wù)學(xué)會查閱文獻、設(shè)計實驗方案、探索實驗條件、順利完成項目，在項目建設(shè)時主要考慮如下因素：

1.1.1 項目設(shè)計符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)

人才培養(yǎng)的目標(biāo)取決于學(xué)校的辦學(xué)定位。應(yīng)用型本科院校辦學(xué)定位重在“應(yīng)用”二字，因此，設(shè)計性項目建設(shè)應(yīng)緊密圍繞學(xué)校辦學(xué)定位和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，并具有較強的實用性。不能偏離定位與目標(biāo)，盲目照搬其他院?，F(xiàn)成的設(shè)計性項目。

1.1.2 項目難度符合學(xué)生的知識層次和能力水平

學(xué)生的知識層次和綜合能力水平差異不僅體現(xiàn)在學(xué)校與學(xué)校之間，也體現(xiàn)在校內(nèi)學(xué)生與學(xué)生之間及同一專業(yè)內(nèi)部的學(xué)生之間。因此，設(shè)計性項目難度要適中，既要體現(xiàn)鍛煉和培養(yǎng)絕大部分學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，也要兼顧少數(shù)綜合素質(zhì)高、能力強的學(xué)生創(chuàng)新思維的進一步提升。難度太高，學(xué)生無法完成，會挫傷學(xué)生對項目研究的積極性；難度過低，學(xué)生的實際水平和綜合能力得不到有效鍛煉。

1.1.3 項目內(nèi)容體現(xiàn)靈活性和延伸性

項目內(nèi)容設(shè)計時，應(yīng)選擇一些完成思路比較多，靈活性比較大，操作要求不高，有較多延伸發(fā)揮余地，試劑、操作和設(shè)備相對安全，具有學(xué)?；?qū)I(yè)特色，貼近生活，符合學(xué)生興趣的內(nèi)容作為研究對象。這樣，既能充分調(diào)動學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的思考，鍛煉學(xué)生的思維，又能培養(yǎng)學(xué)生樹立牢固的專業(yè)思想。

1.1.4 項目要求突出知識與技能的鞏固和提高

項目設(shè)計時，要以學(xué)生運用已有知識與技能解決實際問題為主，同時兼顧對部分已有知識的拓展學(xué)習(xí)和新技能的訓(xùn)練，盡可能地把更多的大型儀器設(shè)備應(yīng)用到項目要求中，讓學(xué)生的知識與技能在實際應(yīng)用中得到進一步的鞏固和提高。

1.1.5 項目硬件符合實驗室和學(xué)生實際

完成項目用到的儀器、試劑應(yīng)是平時教學(xué)常用的，或是方便采購的，實驗所用的設(shè)備是實驗室已配置的，且大部分設(shè)備學(xué)生是比較熟悉或有所了解的。避免僅為了開設(shè)某個項目專門配置儀器、設(shè)備和試劑，或?qū)W生未曾見過與用過、以后也很少會用到的設(shè)備與儀器及高危、昂貴的試劑。

1.1.6 項目實施強調(diào)團隊分工和協(xié)作意識

因為設(shè)計性項目難度一般較大，對知識的綜合運用能力要求較高，工作量也大。為了能在規(guī)定的教學(xué)時間內(nèi)（通常停課一周）完成全部項目任務(wù)，不僅需要學(xué)生的個人能力，更需要分工與協(xié)作的集體能力。因此，項目內(nèi)容與要求應(yīng)以多人組合的團隊方式來設(shè)計。這樣，設(shè)計性項目運行過程還能對學(xué)生的團隊學(xué)習(xí)能力、協(xié)作能力和集體意識進行有效的培養(yǎng)。

1.2 項目建設(shè)內(nèi)容

項目建設(shè)應(yīng)本著訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識和技能，發(fā)現(xiàn)、分析和解決遇到的實際問題能力，兼顧項目內(nèi)容能讓學(xué)生感興趣，內(nèi)容設(shè)計時，盡量避開“高、大、尖”的學(xué)科方向，著重按照項目建設(shè)要求進行構(gòu)建。

1.2.1 對教學(xué)實驗項目進行升級

以學(xué)習(xí)與訓(xùn)練學(xué)生知識與技能為目的的教學(xué)實驗，具有“大眾化，低成本，易成功”特點。對于教學(xué)實驗，從反應(yīng)條件的研究、反應(yīng)機理的驗證、原料→合成→純化→表征→產(chǎn)品含量測定的系列實驗串聯(lián)等方法來升級教學(xué)實驗，是設(shè)計性項目建設(shè)的重要途徑之一。陳曉英等［4］對乙酸乙酯制備教學(xué)實驗，按反應(yīng)裝置、催化劑種類及用量、醇酸原料比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等條件對乙酸乙酯產(chǎn)率的影響，開發(fā)出“乙酸乙酯合成條件研究”項目。分析化學(xué)組老師開發(fā)出用酸堿滴定、分光光度、氣相色譜和高效液相色譜四種方法測定市面上碳酸飲料或果汁中的苯甲酸含量的“飲料中苯甲酸含量的測定”項目等。

1.2.2 對省大學(xué)生競賽項目進行改造

浙江省大學(xué)生化學(xué)競賽每年面向全省本科院校學(xué)生發(fā)布一個實驗競賽項目，要求參賽學(xué)生在各自的院校內(nèi)完成項目，提交研究報告評審。組委會設(shè)計項目時，充分考慮到不同院校之間完成項目的實際條件，具有很高的普及性。所以，根據(jù)學(xué)校條件、學(xué)生實際對省競賽項目進行改造，也是設(shè)計性項目建設(shè)的好途徑。如對浙江省競賽“Salen配合物的合成及其催化性能研究”項目（Salen是指兩個相同的醛分子和一個二胺分子縮聚，生成的螯合席夫堿。Salen作為配體，與金屬離子絡(luò)合形成的絡(luò)合物，稱為Salen配合物）的研究內(nèi)容與具體要求改造如下：

以水楊醛和乙二胺為原料制備席夫堿，席夫堿作為配體與金屬離子配合制備Salen配合物，制得的Salen配合物能催化安息香氧化反應(yīng)生成苯偶酰，化學(xué)反應(yīng)式如圖1、圖2所示。

圖1 席夫堿及金屬配合物［M（Salen）］的制備

圖2 M（Salen）催化氧化安息香制備苯偶酰

（1）研究內(nèi)容

①以水楊醛、乙二胺為起始原料，選擇合適的方法合成席夫堿；

②選擇Co和另兩種適當(dāng)?shù)慕饘冫}，與席夫堿配合制備三種不同金屬Salen配合物；

③以空氣為氧源，考察Co（Salen）在催化安息香氧化合成苯偶酰反應(yīng)中的性能，并對反應(yīng)條件進行優(yōu)化（包括催化劑用量、添加劑、溫度、時間等條件）；

④在得到的優(yōu)化條件下，考察另兩種Salen配合物對安息香氧化反應(yīng)的催化性能；

⑤探索最佳Salen催化劑的回收套用次數(shù)。

（2）具體要求

①席夫堿、Salen配合物制備及安息香氧化反應(yīng)過程采用薄層色譜（TLC）法跟蹤，記錄TLC結(jié)果；

②用測定熔點、紅外光譜、核磁共振氫譜表征席夫堿和苯偶酰；

③用X射線粉末衍射儀（XRD）表征Co（Salen）配合物；

④反應(yīng)條件優(yōu)化時，每個變量至少考察5個點；

⑤按期刊論文格式完成研究報告。

1.2.3 對教師科研成果或項目進行改造

設(shè)計性實驗含有科學(xué)研究的內(nèi)容，但又不等同于科學(xué)研究，因為學(xué)生仍處于一個知識積累和能力培養(yǎng)的階段。結(jié)合教師科研也是設(shè)計性項目建設(shè)的好途徑，因為教師的科研成果或項目往往與本學(xué)科的優(yōu)勢、特色相關(guān)，而在研或剛完成的項目往往是學(xué)科前沿或應(yīng)用熱點，具有先進性或?qū)嵱眯?，學(xué)生興趣高，并且教師能準(zhǔn)確把握難易程度，清楚實驗過程中出現(xiàn)的問題和解決方法。改造時，最好選擇應(yīng)用型而非基礎(chǔ)研究型的科研成果或項目。如表1所示為經(jīng)升級與改造的基礎(chǔ)化學(xué)設(shè)計性部分項目。

表1 部分基礎(chǔ)化學(xué)設(shè)計性項目

2 設(shè)計性實驗項目實施

項目實施前3周，通知學(xué)生自由組合為一個研究小組（一般為4人），并確定組長；提供2-3個項目及每個項目的研究內(nèi)容、要求和成績評價細則；召集組長分析研究內(nèi)容與要求，解釋疑問，認領(lǐng)各組任務(wù)；通知實驗室需要準(zhǔn)備的實驗項目；組長分工各組員查閱文獻資料，制定研究方案；實施前1周，集中組長匯報研究方案，給出評審意見，修改方案；項目實驗研究，記錄并分析研究結(jié)果；研究結(jié)果匯報；撰寫研究報告。設(shè)計性實驗項目實施流程如圖3所示。

圖3 設(shè)計性實驗項目實施流程①方案實驗研究時間為一周，這一周停課，期間完成實驗研究與結(jié)果匯報，報告撰寫于研究周結(jié)束后其他時間完成。②時間安排與內(nèi)容：第1學(xué)期《無機化學(xué)實驗》；第2學(xué)期《分析化學(xué)實驗》；第3學(xué)期《有機化學(xué)實驗》；第4學(xué)期《物理化學(xué)實驗》。

項目實施過程中應(yīng)注意：

（1）由于提供項目可查閱文獻多，學(xué)生設(shè)計的方案不會出現(xiàn)嚴重錯誤，但對設(shè)計的原因、實驗操作方法與技術(shù)會有較多困惑，所以每天實驗之前，先讓各組把已完成研究的結(jié)果及下一步要實施的實驗方案寫在黑板上，簡述結(jié)果合理性與方案實施的詳細操作方法。最后師生之間從科學(xué)性、可操作性等方面對結(jié)果和方案進行總結(jié)與評價后，再進行實驗操作。這樣既可以及時發(fā)現(xiàn)錯誤或不合理的結(jié)果，并查找原因補做，又可以避免因操作錯誤導(dǎo)致實驗失敗而影響項目的進度和學(xué)生的積極性，同時，還可發(fā)現(xiàn)各組雷同實驗方案及結(jié)果的“抄襲”現(xiàn)象。對有創(chuàng)新性的想法，盡量創(chuàng)造條件，幫助實施。

（2）組員任務(wù)由組長分配或協(xié)商分工，小組成員實驗位置相對集中，這樣便于相互幫助、討論與解決實驗過程中碰到的各種問題。

（3）在學(xué)生實驗過程中，教師應(yīng)以指導(dǎo)者和管理員的身份參與其中，幫助學(xué)生解決困難，糾正錯誤操作，排除安全隱患，使學(xué)生順利地完成實驗。另外，要求學(xué)生仔細觀察實驗現(xiàn)象，如實、準(zhǔn)確、規(guī)范記錄結(jié)果，養(yǎng)成嚴謹、誠信的作風(fēng)。

（4）結(jié)果匯報時，各組制作PPT，用5 min時間在班內(nèi)匯報本組研究結(jié)果，組員每人必須回答同學(xué)或教師提出的一個問題，組外每位同學(xué)至少提出一個問題或不同的觀點。

（5）研究報告撰寫不同于平常的實驗報告，要求參照正規(guī)期刊上發(fā)表論文的格式書寫，老師提出分塊建議，由組長協(xié)商各組員分工書寫，最后由組長匯總統(tǒng)稿。

3 設(shè)計性實驗項目學(xué)生成績評價

學(xué)生成績評價體系是決定項目能否如實完成，教學(xué)目標(biāo)能否落實的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對于設(shè)計性實驗不能只顧實驗結(jié)果，更應(yīng)當(dāng)注重學(xué)生設(shè)計的實驗方案及實驗過程中表現(xiàn)出的綜合知識與應(yīng)用、實驗技術(shù)與能力的評價［5-6］。因此，設(shè)計性實驗學(xué)生成績評價體系應(yīng)包含文獻查閱與方案設(shè)計、實驗操作與記錄、實驗結(jié)果與創(chuàng)新、研究報告與展示、團隊協(xié)作與風(fēng)貌等部分。根據(jù)各部分的工作量、難易度、規(guī)范性、熟練度、準(zhǔn)確性等因素劃定分值?；A(chǔ)化學(xué)設(shè)計性實驗學(xué)生成績評價細則見表2。

表2 基礎(chǔ)化學(xué)設(shè)計性實驗學(xué)生成績評價細則

該評價細則的評價對象是研究小組，與項目一起提供給學(xué)生。在項目實施過程中，要求各組按照評價細則來要求自己，教師需充分了解每個小組中組員之間分工、合作、互助、學(xué)習(xí)、領(lǐng)導(dǎo)與服從、項目進展及完成情況，得到各組成績評價的客觀公正信息。項目全部完成后，匯總各項成績給出各小組的最后成績（百分制）。而小組內(nèi)各組員的成績按1，0.95，0.90，0.85權(quán)重打分（其中組長權(quán)重為1），也可以由組長根據(jù)總權(quán)重數(shù)（3.70），自行決定比例打分。

4 實施效果

我院自2015級各專業(yè)在集中性實驗中開設(shè)設(shè)計性實驗項目以來，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對科學(xué)研究逐漸表現(xiàn)出濃厚的興趣，以積極、主動、認真與實事求是的態(tài)度去完成各項任務(wù)。當(dāng)自己的方案獲得預(yù)期的實驗結(jié)果時，成就感油然而生；當(dāng)遇到挫折時，一刻不停地查找原因，重做實驗。大多數(shù)學(xué)生感慨說“一周的設(shè)計性研究項目學(xué)到的比我平時一年學(xué)到的還有用”。開設(shè)設(shè)計性實驗，對學(xué)生的文獻檢索能力、方案設(shè)計能力、動手能力、應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識、科學(xué)研究能力、團隊意識等綜合素質(zhì)提高顯著。三年來，學(xué)生組隊審報國家級、省級項目和參加國家級、省級學(xué)科競賽，立項數(shù)目和獲獎的等級及人數(shù)較以前有較大的增加，學(xué)生為第一作者發(fā)表的科研論文質(zhì)量和數(shù)量增加更為顯著（見表3）。

表3 2015-2018年度學(xué)生取得的成果

5 結(jié)束語

通過對教學(xué)實驗、教師科研、學(xué)科競賽等項目的升級與改造，開發(fā)符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)化學(xué)設(shè)計性實驗項目。適當(dāng)途徑的實施和合理評價體系的考核，不僅激發(fā)了學(xué)生參與實驗的興趣，調(diào)動了學(xué)生的積極性和主動性，鞏固和提高了學(xué)生對“三基”內(nèi)容的掌握和應(yīng)用，而且培養(yǎng)了學(xué)生通過觀察實驗發(fā)現(xiàn)問題、分析和解決問題的能力，良好的科研素養(yǎng)和實事求是的工作作風(fēng)，較好地鍛煉了學(xué)生創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力。因此，開設(shè)設(shè)計性實驗項目是落實應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的好方法、好措施。